作者/趙占良

編輯/謝佳

作者簡介：趙占良,，人民教育出版社總編輯助理。中國教育學會生物學教學專業(yè)委員會理事長,；首都師范大學客座教授,、碩士生指導教師；北京教育學院客座教授,；《課程·教材·教法》副主編,；《生物學通報》常務編委。生物學課程標準制定專家組核心成員,。

試論提升學生的生物學理解力

學習生物學應當重在理解,，而不是機械記憶；生物學課程應當強調(diào)的是學生理解的質(zhì),，而不是信息的量,。這些觀點似乎早已不言自明。然而,，對生物課程的現(xiàn)狀稍做考查則不難發(fā)現(xiàn),，對事實性知識的機械記憶依然充斥著學生的學習過程，對生物學核心概念和思想的建構和領悟或失之膚淺,，或付之闕如,。學生對細胞的亞顯微鏡結(jié)構可以做到如數(shù)家珍，對各自的功能也能說得頭頭是道（特別是考前）,，但如果問他“為什么說細胞是生命活動的基本單位”,，則少有令人滿意的回答。對生物的生殖,、發(fā)育,、遺傳和進化都知道不少細節(jié)，遺傳學的難題也反復演練,，但是面對“先有雞還是先有蛋”這一古老的問題,，很可能茫然無措。至于何謂生,，何謂死,，生死界限如何判定，死亡從生物學視角看有無積極意義,，生物學的思想方法與其他自然科學有何異同等等,，更是少有問津,。長此以往，重在理解豈不是一句空話,？當然,，這種狀況的形成既不能怪學生，也不能歸咎于教師,，原因有方方面面,，對課程目標和內(nèi)容研究的滯后是原因之一。

1.理解生物學是提高生物科學素養(yǎng)的需要

《義務教育生物課程標準（實驗稿）》和《高中生物課程標準（實驗稿）》都明確指出,，中學生物課程的主要目標是提高學生的生物科學素養(yǎng),。生物科學素養(yǎng)的內(nèi)涵是什么？不妨借鑒《美國科學教育標準》對科學素養(yǎng)的闡述：“有科學素養(yǎng)是指了解和深諳進行個人決策,、參與公民事務和文化事務,、從事經(jīng)濟生產(chǎn)所需的科學概念和科學過程?！睆倪@一定義不難看出,，提高科學素養(yǎng)所追求的并非對科學事實和信息量的更多占有，而是對核心概念和科學思想的深刻領悟,；并非限于對科學知識的理解,，還包括對科學過程和方法的諳熟；并非科學知識的專門化和學科化,，而是強調(diào)科學與個人和社會的緊密聯(lián)系,，體現(xiàn)了“科學為大眾（Science For All）”的思想。

學生未來發(fā)展的多元化提示我們,，中學生物課程能夠并且應當使學生終身受益的，不是只有生物學專門人才才需要的專業(yè)知識,，而是影響他們世界觀,、人生觀和價值觀的生物學思想觀念；不是諸如解剖,、分類,、組織培養(yǎng)等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的具有生物學特點的認識論和方法論,。思想觀念的形成固然離不開具體知識的學習,，能力的培養(yǎng)也離不開具體實驗的操作，但是如果僅僅停留或沉迷于具體層面,，則往往“只見樹木不見森林”,，過不多久連“樹木”都別夢依稀了。

缺少生物科學素養(yǎng)的人,，對生命存在諸多困惑和臆測,，有的還癡迷于唯心主義的謬論和妄斷，甚至連一些大學生物系畢業(yè)生或生物科研人員也未能幸免,，可見生物科學素養(yǎng)的高低,，與掌握生物學專門知識的多少未必總呈正相關。

理解生物學包括理解生命世界,、理解生物科學的過程和方法,、理解生物科學與技術和社會的關系,。

2.提升學生對生命世界的理解

世界是由生命世界和非生命世界組成的,。對生命世界的理解必然影響到人的世界觀,。人自身也是生物,，對生命的理解也會影響到人的人生觀和價值觀。達爾文對生物進化的解釋,，隨嚴復所譯《天演論》傳入我國,，“物競天擇,，適者生存”的論點激起許多人的救國志向，就是一例,。生態(tài)學原理對可持續(xù)發(fā)展理論的巨大貢獻又是一例,。

改革開放20多年來，中學生物課程一直強調(diào)生物進化觀點和生態(tài)學觀點的重要性,，強調(diào)基本概念和基本原理的教學，這對于學生理解生命世界無疑有很大幫助，在今后的課程改革中應當繼承和發(fā)揚,。隨著分子生物學的飛速發(fā)展，以及系統(tǒng)論,、控制論,、信息論、耗散結(jié)構理論等橫斷科學的思想和方法對生物學研究的影響日益彰顯,，生物學的面貌在近二三十年發(fā)生了根本的變化,，人們對生命世界的理解也更加深入，這就要求中學生物課程在引導學生理解生命世界方面也要做相應的提升,。
提升對生命世界的理解力主要不在于增加多少新的內(nèi)容,，而是提供學生思考問題的思路，認識事物的視角,。

2.1 從基因的視角看生命
以沃森和克里克建立DNA分子雙螺旋結(jié)構模型為標志,，分子生物學已經(jīng)走過了半個世紀的歷程。分子生物學研究的中心問題就是遺傳信息從基因（DNA）到mRNA再到蛋白質(zhì)的過程（中心法則）,，也就是基因的表達和調(diào)控過程,。目前，分子生物學的原理和方法幾乎滲透到生物學所有的分支學科,，改變了整個生物學的面貌,，使人類對生命現(xiàn)象的認識越來越接近生命的本質(zhì)，也使得人類按自己的意志和要求來改良和控制生物的能力大大加強,?！罢邕^去對各種生命現(xiàn)象（生長、分化,、發(fā)育和遺傳等）的奧秘都要從細胞的功能活動中尋求解答一樣,，目前對細胞的各種功能活動又要從基因的功能活動中尋求解答?！笨梢娨龑W生從基因這一視角去理解各種生命現(xiàn)象,，是體現(xiàn)現(xiàn)代生物科學特點的需要，也是提高現(xiàn)代公民生物科學素養(yǎng)的需要,。
從基因的視角看生命，有助于學生從本質(zhì)上理解生物個體的生長和發(fā)育,。行有性生殖的生物個體,，每一個細胞的基因組成都是同受精卵一樣的，但是卻表現(xiàn)為不同的形態(tài),、結(jié)構和功能,，也就是說基因的表達情況是不同的，在特定的細胞中，有些基因表達,，有些基因則關閉,。個體的生長和發(fā)育是實質(zhì)上就是來自受精卵的基因在不同的時空條件下按一定的程序選擇性表達的過程。
從基因的視角看生命,，有助于學生理解生命形式的多樣性與本質(zhì)上的共同性的統(tǒng)一,，進而建立辯證唯物主義的自然觀?！吧F(xiàn)象在數(shù)以百萬計的不同種屬中的表現(xiàn)形式是多種多樣,、千姿百態(tài)的，即使孿生兄弟也不完全相同,，但是生命世界中最本質(zhì)的東西,，在不同生物體中卻是高度一致的。所有的生物體,，從最高等最復雜的人到最低級最簡單的單細胞生物,，其基本組成物質(zhì)都是蛋白質(zhì)和核酸。它們的蛋白質(zhì)都是由相同的20種氨基酸以肽鍵連接而成,，核酸也都是同樣的四種核苷酸構成的,。遺傳密碼，除極少數(shù)例外,，在整個生物界也是基本一致的,。如果沒有這種一致性，就不可能實現(xiàn)基因在不同生物體之間的轉(zhuǎn)移及表達,，已逐漸成為現(xiàn)代化大工業(yè)的遺傳工程和蛋白質(zhì)工程也就完全談不上了”,。
從基因的視角看生命，有助于學生從本質(zhì)上理解生物多樣性,、遺傳和進化,。在生物代代繁衍的過程中，沒有一種生物可以長生不死,。死去的是個體,，不死的是基因。遺傳從現(xiàn)象上看是性狀表現(xiàn),，本質(zhì)上是基因的傳遞,。進化從現(xiàn)象上看是物種的更迭，本質(zhì)上是種群中基因頻率在自然選擇作用下的定向改變,。生物多樣性本質(zhì)上是基因的多樣性,。人類保護生物多樣性，表面看是保護現(xiàn)存物種的個體,，本質(zhì)上是在保護一個個獨特的基因庫,。每一個物種的基因庫都是幾十億年的基因突變與環(huán)境選擇相互作用的結(jié)晶（已經(jīng)有許多基因庫在選擇過程中被淘汰）,，其價值不可估量。這樣的理解不僅有助于學生形成進化觀點,，而且有助于認識保護生物多樣性的重要意義,，形成科學的價值觀。
從基因的視角看生命,，就要求中學生物課程和教材中有比較多的內(nèi)容深入到分子水平或基因水平,，遺傳和變異自不待言，細胞,、進化和生態(tài)等也不例外,。
2.2 從系統(tǒng)的視角看生命
從16世紀到20世紀前幾十年，關于生命的本質(zhì)和生命過程的認識,，長期存在著機械論和活力論之爭,。前者主張用分析的方法把生物學問題簡化為物理和化學問題，單純地用物理和化學的原因來說明一切生命現(xiàn)象,，堅持一種原因只能產(chǎn)生一種結(jié)果的機械決定論原則,。后者則認為生物體具有一些非生命物體所不具備的特質(zhì)，機體內(nèi)存在著一種特殊的“活力”,，支配著整個生命過程,，服從異因同果律（如不同的基因型有時可以產(chǎn)生相同的表現(xiàn)型）。后來,，不少學者發(fā)現(xiàn)這兩種觀點都有合理的一面,，又都有失偏頗。在分子水平上,，許多生命過程是可以用物理化學原理來解釋,，但是在更高的層次上，生物確實又有許多不能單純用物理化學原理解釋的現(xiàn)象,，對這些現(xiàn)象用超自然的神秘的活力來解釋同樣是不科學的,。

1945年，美籍奧地利生物學家貝塔朗菲發(fā)表《關于一般系統(tǒng)論》,，“指出生命機體是一個復雜的有機整體,，生命機體整體屬性不等于部分屬性的機械總和，生命機體部分不能離開整體而存在,，那種用部分求解整體的機械論思想方法不能科學解釋生命機體本質(zhì)”,。貝塔朗菲還指出，生物體是一個多層次,、自組織的開放系統(tǒng),。在這一時期，還有不少學者發(fā)表過與此相近的觀點,。
從系統(tǒng)的視角看生命，生命世界從細胞到組織、器官,、系統(tǒng)和完整的生物體,，乃至種群、生物群落,、生態(tài)系統(tǒng),、生物圈，都是不同層次的系統(tǒng),。系統(tǒng)的“整體大于部分之和”,，作為系統(tǒng)的整體的特性，并不是其組分性質(zhì)的線性疊加,，而是在各組分相互作用的基礎上,，“突現(xiàn)出一些全新的特質(zhì)，這些新特質(zhì)是無法從低層組成的特性中預測得知的”,。
從系統(tǒng)的視角看生命,，有助于學生形成現(xiàn)代科學的思維方式。經(jīng)典物理學所遵奉的分析的方法和因果決定論的認識模式,，在面對復雜系統(tǒng)的研究時已經(jīng)捉襟見肘,。“從對復雜系統(tǒng)（生命現(xiàn)象到宇宙）的探索中產(chǎn)生的物理學新思潮（非線性,、非平衡態(tài)動力系統(tǒng)物理學,、協(xié)同論、耗散結(jié)構,、自組織,、混沌等新理論和新概念）正改變著從牛頓以來的傳統(tǒng)科學思維方式。復雜系統(tǒng)是非線性的,。在復雜系統(tǒng)中,，以牛頓力學為基礎的的決定論的因果關系和疊加原則失效了。非線性理論的發(fā)展,，正促使自然科學在方法論上發(fā)生從分析式思維向整體式思維的轉(zhuǎn)變”,。從系統(tǒng)的視角看生命，有助于學生認識生物學規(guī)律的特點,。正是由于生命系統(tǒng)的復雜性以及系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用,，使生物界的現(xiàn)象和規(guī)律既有因果決定性的，又有非因果決定性的,。生物學規(guī)律大都表現(xiàn)為統(tǒng)計意義的規(guī)律（都有例外）,，這與經(jīng)典物理學和化學規(guī)律明顯不同。
從系統(tǒng)的視角看生命,，有助于學生建立普遍聯(lián)系的辯證唯物主義觀點,。細胞是一個系統(tǒng),，其內(nèi)部各種組分既存在結(jié)構上的聯(lián)系，又在功能上彼此分工協(xié)調(diào),，相互依存,；成千上萬的化學反應，在基因的調(diào)控下,，有條不紊地進行,；反應的產(chǎn)物又會反作用于基因的表達；細胞的外環(huán)境（如動物體的內(nèi)環(huán)境）與細胞之間不斷進行物質(zhì)的交換,、能量的轉(zhuǎn)換和信息的傳遞,，等等，這樣才使得細胞完成特定的生命活動,，表現(xiàn)出作為生命基本單位的生命活力,。對個體、種群,、群落,、生態(tài)系統(tǒng)等層次的生命系統(tǒng)，同樣可以從這樣的視角來分析,，以期使學生認識到自然界縱橫交錯的生命之網(wǎng),，避免孤立地片面地看問題。
2.3 從歷史的視角看生命

每一個生物都是歷史的產(chǎn)物,。所有的生物都是由最原始,、最簡單的生命演化而來的。現(xiàn)存每一種生物的身上都濃縮著大約三十八億年的進化史,，都有著經(jīng)過漫長的自然選擇而形成的特定的遺傳程序,，這些遺傳程序在每一個個體身上表達，穩(wěn)中有變,，表現(xiàn)出特定的適應意義,。
從歷史的視角看生命，“生物所有的特征都反映著歷史,。生物的發(fā)生,、行為和其他種種活動，都是受到累積有整個生命史訊息的遺傳程序的控制”,。對每一種生命現(xiàn)象,，都可以做出鄰近因果和最終因果兩種解釋：鄰近因果指發(fā)生學上的因果關系；最終因果指進化上的因果關系,。例如,，許多生物的雌性和雄性個體具有不同的形態(tài)特征，從鄰近因果來看,，可以解釋為性激素,、性別決定基因的作用,；從最終因果來看，則可以解釋為性選擇或其他選擇因素的影響,。引導學生對生物學現(xiàn)象做這兩個層面的分析,，有助于提升對生物學的理解。
從歷史的視角看生命,，有助于學生運用歷史的方法分析問題（這種方法是物理和化學課程中難以涉及的），進而有助于學生建立歷史唯物主義的世界觀,。人們?nèi)メt(yī)院就診或體檢時,，往往要填報個人病史或家族病史，其實就是歷史方法在醫(yī)學中的應用,。在生物進化或個體發(fā)育過程中,，早期事件的結(jié)果通常對后期事件的發(fā)展有所影響，前一事件的結(jié)果往往成為相關的后續(xù)事件的原因,，用這種觀點來分析,，許多生物學問題就會豁然開朗。例如,，為什么在古新世和始新世哺乳動物興盛起來,？僅分析哺乳動物自身的適應性特征是不夠的，白堊紀末期恐龍類的絕滅空出了許多生態(tài)位也是重要原因,。
2.4 從統(tǒng)一的視角看生命
隨著分子生物學的發(fā)展,，生物學各個領域的研究都趨于深入到分子水平，分子水平的深入分析與整體綜合的方法相結(jié)合,，將使生物學的研究更接近生命的本質(zhì),，使各分支學科在分子水平上趨于統(tǒng)一。例如,，關于生物的遺傳,、發(fā)育和進化，過去一直是各自獨立的分支學科,，現(xiàn)在正在走向統(tǒng)一,。人類對遺傳奧秘的研究已經(jīng)深入到分子水平，人類基因組計劃,、水稻基因組研究等都是試圖在分子水平上揭示遺傳的奧秘,；發(fā)育實質(zhì)上是受精卵的基因，在不同的時空條件下按照預定的程序選擇性表達的過程,；進化實質(zhì)上是種群的基因庫通過突變,、重組和自然選擇，基因頻率發(fā)生定向改變的過程,。

從統(tǒng)一的視角看生命,，意味著基因,、系統(tǒng)和歷史三維視角的綜合運用，既有局部深入的分析,，又有整體聯(lián)系的考量,，還有歷史發(fā)展的眼光。這一目標的實現(xiàn),，不僅可以提升生物科學素養(yǎng),，而且會提高思考問題的深度和廣度，開闊視野,，提升思維品質(zhì),。
從統(tǒng)一的視角看生命，有助于深入理解生命的本質(zhì),，有助于建立生物學眾多概念之間的聯(lián)系,，形成良好的知識結(jié)構。比如關于有性生殖,、基因重組,、基因頻率、選擇,、適應,、進化等概念，從統(tǒng)一的視角看,，有性生殖的目標是父本和母本的基因發(fā)生基因重組,，使后代產(chǎn)生新的基因型，表現(xiàn)為不同的表現(xiàn)型,，從而在適應方面可能出現(xiàn)這樣那樣的差異,，這就為自然選擇提供了原材料，為生物適應環(huán)境變化增多了機會,?；蛑亟M和突變導致種群基因庫的動態(tài)變化，在自然選擇的作用下,，種群的基因頻率發(fā)生定向改變,，使得生物界不斷進化。同樣,，對于有性生殖的生物來說,，只有發(fā)生在生殖細胞或精原細胞、卵原細胞中的突變,，在進化上才有意義,。再比如關于死亡，這是以往中學生物教材很少涉及的問題。生物學只講生不講死,，其實沒有死就沒有生：沒有死,，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)就不能正常進行，生態(tài)系統(tǒng)會崩潰,；每個生物體的一生中,，基因組成都相當穩(wěn)定，如果沒有死與生環(huán)環(huán)相扣,，種群基因庫就宛如一潭死水,，不能時時更新，生物就不能適應不斷變化的環(huán)境,，最后就會走向絕滅,。又比如先有雞還是先有蛋，從基因的視角看,，簡直可以借用佛家的說法：“雞亦是蛋，蛋亦是雞”,，因為雞和雞蛋的基因是一樣的,；從歷史的視角看，雞和蛋是在遺傳和變異的基礎上,，通過長期的自然選擇加人工選擇逐漸形成的,，無所謂先后。
從統(tǒng)一的視角看生命,，生物才成其為活的生物,，生物學才是活的生物學。

3．提升學生對生物科學的過程和方法的理解

科學不僅是關于自然界奧秘的知識體系,，而且是人類認識自然界的不斷變化發(fā)展的過程,，是人類所從事的一項壯麗的事業(yè)。讓學生了解科學的過程,，有助于學生理解科學的本質(zhì),，養(yǎng)成科學態(tài)度和科學精神，領悟科學研究的方法,。作為科學課程之一的生物學課程,，理應在這方面做出應有的貢獻。反觀我國的中學生物課程,，在這方面尚有不足,。

讓學生理解生物科學的過程，可以通過以下方式進行,。一是介紹科學史中的研究案例,，讓學生了解科學家是怎樣發(fā)現(xiàn)問題、分析問題,、解決問題和提出新問題的,，使學生在科學態(tài)度,、科學精神、科學方法乃到創(chuàng)造性思維方面多些感悟,；二是給學生提供較多的體驗科學過程的機會,，使他們親歷科學探究的各個環(huán)節(jié)，通過活動建構知識,，提高科學探究能力,。
關于科學方法，我國最近幾年的課程改革一直在大力倡導,，教材也明顯增加了方法論的內(nèi)容,，重在讓學生初步學會觀察、實驗,、調(diào)查等生物科學探究的一般方法,，但是尚不全面。對科學探究過程中廣泛應用的模型方法,、數(shù)學方法和系統(tǒng)分析的方法,，在教材中還較少涉及，有待加強,。
4．提升學生對生物科學,、技術、社會關系的理解
科學是對自然界奧秘的探求,，科學成果應用于社會往往需要技術作為橋梁,，科學、技術和社會三者之間存在復雜的互動關系,，既相互支持,，又相互制約?？茖W系統(tǒng)的進化離不開與技術和社會的相互作用,，生物科學也不例外。因此,，理解生物學不能脫離技術和社會的背景,。人類在享受科學技術的福祉的同時，也承受著科技力量的沖擊及由此引發(fā)的各種現(xiàn)實和潛在的威脅,。讓學生在學習科學的過程中,，更多地關注科學技術對社會的復雜而深遠的影響，對于他們樹立科學的價值觀,，日后更為理智地運用科學技術的成果,，都有著十分重要的意義。關于這一問題的論著可謂林林總總，本文不再贅述,。
綜上所述,，提升學生對生物學的理解力，可以從理解生命世界,、理解生物科學的過程和方法,、理解生物科學與技術和社會的關系三個方面進行探索和實踐。提升對生物學的理解力,，對于提高學生的科學素養(yǎng)至關重要,，對于學生的發(fā)展影響深遠，新一輪課程改革應當在這方面多下功夫,，爭取有所突破,。

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